|
|
Гідропривод ІІ частина Електронний посібник |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7.
ОБ’ЄМНІ ГІДРОПРИВОДИ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7.2. Переваги і недоліки об’ємного гідроприводу 7.4. Гідроприводи із машинним (об’ємним) регулюванням швидкості вихідної
ланки 7.5. Основні вимоги безпеки під час використання
об’ємного гідроприводу. Заходи з охорони праці
Складовими одиницями об’ємного гідроприводу є: джерело гідравлічної енергії,
споживач гідравлічної енергії (гідродвигун), гідроапаратура
(пристрої керування) та допоміжні пристрої (кондиціонери, гідропосудини
тощо).
Насосний
гідропривод (рис. 7.1. а) –
це гідропривод, в якому робоча рідина подається в гідродвигун насосом, що входить до складу цього приводу,
разом із з’єднаним із ним привідним двигуном, або без нього, якщо привод
мускульний.
Як привідний двигун у насосному гідроприводі
використовують електродвигуни, дизелі, карбюраторні двигуни, турбіни тощо.
Залежно від типу привідного двигуна розрізняють: електронасосний, дизельнасосний,
моторнасосний,
турбонасосний гідропривод
та інші. Залежно
від характеру циркуляції робочої рідини насосні гідроприводи бувають із замкненим потоком (рідина від гідродвигуна
надходить до всмоктувального гідроприводу насоса, рис. 7.3. а) та із розімкненим (рідина від гідродвигуна надходить у гідробак,
рис. 7.3. б).
Дизельнасосні гідроприводи широко застосовують у
гідроприводах самохідних машин. Акумуляторний
гідропривод – це гідропривод, у якому
робоча рідина подається до гідродвигуна з
гідроакумулятора, попередньо зарядженого від зовнішнього джерела, що не
входить до складу цього приводу. Магістральний
гідропривод (рис. 7.1. в) –
це гідропривод, в якому робоча рідина подається до гідродвигуна від гідромагістралі,
що не входить до складу цього приводу. Під гідромагістраллю розуміють
трубопровід, по якому робоча рідина подається від насосної станції до групи
об’ємних гідроприводів, не пов’язаних між собою конструктивно
і які можуть бути під’єднані чи змонтовані незалежно один від одного. За
характером руху вихідної ланки гідродвигуна розрізняють гідроприводи: обертального (рис. 7.1. а), поступального (рис. 7.1. б)
та поворотного (рис. 7.1. в) руху. Об’ємний гідропривод, в якому не передбачені пристрої
для зміни швидкості вихідної ланки гідродвигуна,
називають некерованим, а в якому
вони є – керованим.
Керовані гідроприводи за способом регулювання швидкості
вихідної ланки гідродвигуна поділяють на такі
типи: •
з машинним керуванням –
регулювання швидкості відбувається внаслідок зміни робочого об’єму насоса
(рис. 7.3. а) або гідродвигуна, або обох гідромашин
одночасно; •
з дросельним керуванням –
швидкість регулюється дроселюванням потоку робочої рідини і відведенням
частини потоку, обминувши гідродвигун (рис. 7.3.
б); •
з машинним і дросельним регулюванням одночасно; •
з керуванням привідним двигуном –
регулювання швидкості відбувається внаслідок зміни частоти обертання валу
двигуна. У гідроприводах дорожньо-будівельної та землерийної техніки більше
поширені перші два типи керованих гідроприводів. Керовані гідроприводи
бувають з ручним і автоматичним керуванням. Гідропривод з ручним керуванням – це керований гідропривод,
в якому параметрами гідродвигуна керує людина. Гідропривод з автоматичним керуванням – це керований гідропривод,
в якому керування параметрами руху вихідної ланки гідродвигуна
здійснюється без втручання людини. Такий гідропривод
буває стабілізувальним, програмовим та стежним. Автоматично
керований стабілізувальний гідропривод – це гідропривод,
в якому регульований параметр руху вихідної ланки підтримується сталим. Автоматично
керований програмовий гідропривод – це гідропривод,
в якому регульований параметр руху вихідної ланки гідродвигуна
змінюється за заданою програмою. Автоматично
керований стежний гідропривод – це гідропривод,
в якому регульований параметр вихідної ланки гідродвигуна
змінюється відповідно до кількісної характеристики зовнішнього, заздалегідь
невідомого, впливу.
Щодо гідроприводів мобільної
техніки, то їх поділяють за
призначенням на такі гідроприводи: •
керування положенням робочих органів та елементів механізмів; •
активних виконуючих органів; •
ведучих коліс самохідних машин; •
рульових керувань; • гальм
і зчеплень; •
автоматичного регулювання режиму навантаження; •
автоматичного керування напряму руху мобільних машин; •
валів відбору потужності. Широке застосування об’ємних гідроприводів
пояснюється їх перевагами перед
іншими приводами, до яких належать: •
можливість створення великих передатних відношень і безступінчастого
регулювання швидкості та зусиль у широкому діапазоні; •
мала маса, що припадає на одиницю потужності (1,2–2,0 кг на 1 кВт); •
швидка зміна (0,03–0,10 с) режимів роботи (пуск, зупинка, реверс); •
момент інерції рухомих частин гідродвигунів у 5–6
разів менший, ніж в електродвигунах; •
можливість простого і надійного захисту виконавчих органів від надмірних
навантажень за заданого силового режиму роботи; •
простота у перетворенні руху і автоматизації процесів; •
придатність для роботи в умовах великих прискорень. Недоліки: •
транспортування гідравлічної енергії пов’язане з великими втратами рідини і
тиску порівняно з втратами в електропередачах; •
вплив температури на властивості робочого тіла (рідини), що негативно
позначається на роботі гідроприводу; •
високий клас точності виготовлення деталей гідропристроїв,
що ускладнює конструкцію і підвищує їх вартість.
Дросельне керування використовують
у гідроприводах невеликої потужності (до 6 кВт) і переважно з нерегульованими
насосами. За
принципом дії
їх поділяють на два види: з постійним тиском (рис. 7.6. б) і змінним тиском (рис. 7.6. г).
Під час роботи гідроприводу з дросельним керуванням при постійному тиску до гідродвигуна 1 (рис 7.6. а) надходить кількість рідини, що дорівнює витраті через дросель.
Максимальна кількість рідини дорівнює подачі насоса при повністю відкритому
дроселі. У процесі регулювання надлишок рідини зливається у бак 5. Запобіжний
клапан 4 виконує функцію переливного (підтримує постійний тиск P1=const у напірному гідропроводі,
який буде пропорційний навантаженню Fн).
Механічні характеристики такого
гідроприводу показано на рис. 7.6. б.
Характеристика – це залежність швидкості руху V
вихідної ланки гідродвигуна від навантаження Fн. За повністю відкритого дроселя Sдр max
і різних прохідних перерізів S1 і S2
швидкість штока гідроциліндра залежить від навантаження Fн:
максимальне значення швидкості спостерігається за відсутності навантаження, а
при максимальному навантаженні, коли P2 = P1,
швидкість штока дорівнює нулю. Гідропривод з дросельним керуванням при постійному тиску доцільно
використовувати для системи з великими потоками. До переваг такого гідроприводу належить високий ККД (0,8–0,9), а до недоліків – складність забезпечення
паралельного підключення приводів, а також суттєвий вплив на роботу
гідроприводу стисливості робочої рідини. У гідроприводі з дросельним
керуванням при змінному тиску
регульований дросель 3 встановлено паралельно гідродвигуну
1 (рис. 7.6. в). Швидкість штока в
такому випадку максимальна при повністю закритому дроселі, а зі збільшенням
прохідного перерізу швидкість штока зменшується (рис. 7.6. г). Основним недоліком такої схеми є непостійність швидкості руху штока при
змінному навантаженні і одному й тому самому положенні дроселя. Крім цього,
за такою схемою неможливо регулювати швидкість при від’ємних навантаженнях. Проте такі гідроприводи мають
вищий ККД порівняно з гідроприводом із постійним тиском. Дросельний
спосіб регулювання швидкості гідроприводу з нерегульованим
насосом заснований на тому, що частина рідини, що подається насосом,
відводиться в зливну гідролінію і не робить
корисної роботи. Найпростішим регулятором швидкості є регульований дросель,
який встановлюється в системі або послідовно з гідродвигуном,
або в гідролінії управління паралельно гідродвигуну. За паралельного
включення дроселя (рис. 7.7. а) робоча рідина, що подається
насосом, розділяється на два потоки. Один потік проходить через гідродвигун, інший – через регульований дросель.
Послідовне включення дроселя здійснюється
на вході в гідродвигун, на виході гідродвигуна, на вході і виході гідродвигуна.
При цьому у всіх випадках система регулювання швидкості будується на принципі
підтримки постійного значення тиску PH на виході
нерегульованого насоса за рахунок зливу частини робочої рідини через
переливний клапан. Існують
такі способи дросельного регулювання швидкості: із дроселем «на вході» та із дроселем «на
виході».
У
цьому випадку дросель 5 знаходиться на напірній лінії і робоча рідина,
що подається насосом 1, ділиться дроселем на два потоки (рис. 7.8. а). Один потік спрямовується через
розподільник 3 в гідроциліндр 4, а другий – через переливний
клапан 2 повертається під тиском налаштування клапана в масляний бак.
Підпірний клапан 6 установлюється в систему для стабілізації сил тертя
в гідроциліндрі. Кількість
робочої рідини, що подається в гідроциліндр, залежить від поперечного
перерізу дроселя і від опору (навантаження) на штокові. Що більше відкритий
прохідний переріз дроселя, то більша кількість рідини за постійного
навантаження на шток потрапляє в гідроциліндр. При
збільшенні навантаження на шток збільшується тиск за дроселем і, відповідно,
зменшується перепад тиску в дроселі, внаслідок чого зменшується об’єм рідини,
що подається в гідроциліндр. Зі зменшенням навантаження кількість рідини, що
подається в гідроциліндр, збільшується і швидкість руху поршня зростає. Таким чином, дроселювання «на
вході» не забезпечує постійної швидкості при змінному навантаженні. Ця схема
рекомендується, коли немає потреби у постійній швидкості робочого органу або
ж навантаження стабільне.
У
цьому випадку дросель 5 встановлюють на зливній лінії. Швидкість
переміщення поршня гідроциліндра визначається кількістю рідини, що витісняється
зі штокової порожнини, яка регулюється дроселем (рис. 7.8. б). Ця схема не забезпечує постійної
швидкості руху робочого органу, але відрізняється великою плавністю ходу
поршня, так як він навантажується з обох сторін. Системи
з дросельним регулюванням неекономні, бо працюють при постійному навантаженні
насоса, яке частково витрачається на дроселі, викликаючи нагрів робочої
рідини. Ці схеми використовують в гідроприводах малої потужності. В
схемі зі ступінчастим регулюванням використовують декілька насосів різної
продуктивності. Залежно від потрібної швидкості переміщення робочого органу
вмикається один або декілька насосів одночасно. У гідроприводах з об’ємним
керуванням швидкість вихідної ланки змінюють регульованим насосом, регульованим гідромотором, регульованими
насосом і гідромотором. На рис. 7.9. а показано схему гідроприводу з регульованим насосом. Частоту обертання валу гідромотора регулюють,
змінюючи робочий об’єм насоса, а напрямок обертання валу гідромотора –
реверсуванням потоку рідини насосом. Як видно із характеристик такого
гідроприводу, крутний момент М гідромотора за цього способу
регулювання – величина постійна, а потужність N змінюється пропорційно частоті його обертання. Діапазон регулювання
в такій системі обмежений мінімальними значеннями ККД, який зі збільшенням
подачі спочатку зростає, а потім зменшується.
У схемі з регульованим гідромотором (рис. 7.9. б) встановлено насос з постійним робочим об’ємом і гідромотор з
регульованим робочим об’ємом. Регулювання такої системи при постійній потужності
досягається зменшенням робочого об’єму гідромотора. Момент на валу
гідромотора – величина змінна. Перевага такої системи – відносно невеликі
механічні втрати, а недолік – необхідність застосування дистанційного
керування гідромотором. У системах з регульованими насосом і
гідромотором (рис. 7.9. в) є
можливість більшого діапазону регулювання частоти обертання і моменту. Крім
того, такі системи дають можливість здійснювати зрушення машини з
максимальним моментом за мінімальної швидкості. Ступеневе
регулювання, будучи різновидом об'ємного, зазвичай здійснюється
або шляхом підключення в систему різних за продуктивністю насосів (різних за
витратою гідродвигунів).
Зміна
швидкості переміщення поршня гідроциліндра (рис. 7.10) здійснюється в
результаті з'єднання одного або декількох насосів 1 з лінією зливу (за допомогою
кранів 2). Зворотні клапани 3 в системі відключають розвантажений насос від
лінії високого тиску.
Плавна
зміна швидкості руху вихідної ланки гідроприводу реалізується за рахунок
зміни робочого об'єму або насоса, або двигуна, або за рахунок зміни робочого об'єму
обох машин. Комбіноване (об'ємно-дросельне) регулювання швидкості руху вихідної ланки гідродвигуна
полягає в тому, що в систему дросельного регулювання з постійним тиском
встановлюється регульований насос і тиск підтримується постійним не за рахунок
зливу частини робочої рідини через переливний клапан, а за рахунок зміни
подачі насоса. У такій системі регулювання відсутні втрати в переливному
клапані. На
рис. 7.11 представлена схема гідроприводу поступального руху з об'ємно-дросельним керуванням швидкістю. Постійний
тиск підтримується шляхом спільної роботи регулятора 1 і
аксіально-поршневого регульованого насоса 2. Зміна тиску призводить до
зміни положення поршня регулятора 1 і пов'язаного з ним похилого диска насоса
2. Зміна положення диска призводить до зміни подачі насоса.
Під
час використання об’ємного гідроприводу слід дотримуватися вимог ДСТУ EN ISO 4413:2018 Система гідравлічна.
Загальні правила та вимоги щодо безпеки для систем та їхніх складників. Пiд час проєктування
гідросистем потрібно враховувати усi аспекти
можливих видів пошкоджень (охоплюючи порушення керування системою живлення).
В усякому випадку гiдропристрої повиннi
бути вибранi, використані, приєднані та
відрегульовані таким чином, щоб у випадку аварiї у
першу чергу було убезпечено персонал. Треба передбачити попереджувальнi
заходи щодо пошкодження гідросистеми та завдання шкоди навколишньому
середовищу. Усi гiдропристрої
в системi повиннi бути вибранi чи визначенi так, щоб
забезпечити безпечне експлуатування, вони повиннi
працювати в установлених межах параметрiв, коли
гідросистему застосовано за призначенням. Гiдропристрiй
треба вибирати чи визначати для надiйної роботи в усiх передбачуваних режимах роботи гідросистеми. Особливу
увагу треба придiлити надiйностi
тих гiдропристроїв, якi
можуть спричинити небезпеку у випадку їх пошкодження чи вiдмови.
Усі частини гідросистеми мають
бути конструктивно або іншим чином захищені від
тисків, що перевищують максимальний робочий тиск гідросистеми або частини
гідросистеми, чи номінальний тиск будь-якого конкретного гідропристрою.
Кращими засобами захисту від надмірного тиску є один чи більше запобіжних
клапанів, установлених для обмеження тиску в усіх частинах гідросистеми.
Можна також використовувати альтернативний засіб, такий як насос із
регулюванням за тиском, що має відповідати вимогам використовування.
Гідросистеми повинні бути спроєктовані, змонтовані
та відрегульовані так, щоб мінімізувати коливання та зростання тисків.
Коливання та зростання тисків не повинно спричинювати небезпеку. Втрата тиску
чи критичний перепад тисків не повинні піддавати персонал небезпеці. Передбаченi чи непередбаченi
механiчнi рухи (охоплюючи тi,
що виникають унаслiдок процесів, наприклад,
прискорення, уповiльнення чи пiдiймання
або утримування мас) не повиннi спричинювати
небезпечну ситуацiю для людей. Витiк (внутрiшнiй
чи зовнiшнiй) не повинен спричинювати небезпеку. Повний дiапазон
робочих температур робочої рідини гідросистеми чи будь-якого гiдропристрою не повинен перевищувати установлених меж,
за яких їх можна безпечно використовувати. Гiдросистеми повиннi
бути сконструйованi таким чином, щоб їхня розмiщеність чи огорожа слугувала захистом для людей вiд контактування з поверхнями, температура яких
перевищує значення, прийнятнi для дотику.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||